[发明专利]一种液态金属靶材及其制备合金膜的方法

说明书

本发明涉及溅射制膜领域，具体涉及一种液态金属靶材及其制备的合金膜，所述液态金属靶材包括靶材基底和覆于所述靶材基底表面的液态金属靶材层，所述液态金属为镓基合金，所述靶材基底为铜或铁。本发明所述液态金属靶材制备工艺简单，用其制备合金时合金膜生长速度快，厚度均匀可控，操作简单、高效便捷，可实现从纳米尺度到微米尺度厚度连续可控的合金膜薄膜，具有较高的电导率，有较强的生产适用性。

技术领域

本发明涉及合金膜的制备领域，具体涉及一种通过磁控溅射法制备薄膜中使用的液态金属靶材及其制备的合金膜。

背景技术

能源是世界共同关注的问题，为解决能源危机，太阳能发电成为了一个重要产业。CIGS薄膜太阳能电池，是由Cu(铜)、In(铟)、Ga(镓)以及Se(硒)四种元素构成的黄铜矿结晶薄膜太阳能电池，具有光吸收能力强、发电稳定性好、转化效率高、白天发电时间长、发电量高、生产成本低以及能源回收周期短等诸多优势，逐渐得到广泛的应用。对于CIGS薄膜电池的制造而言，CIGS光吸收层的制备是重要的一环，目前铜铟镓硒薄膜的制备方法主要有溶剂热法、喷射热解法、离子烧结法、化学沉积法、反应溅射法、真空蒸发法等。其中采用磁控溅射沉积铜铟镓(CIG)合金层再硒化已经成为本行业的一个主流制备技术手段。铜铟镓合金层的磁控溅射方式通常包括以下两种：第一种是采用CuGa二元合金靶材与In靶材共溅射的方式，第二种是直接溅射CuInGa三元合金靶材。通常CuInGa或者CuGa靶材采用熔炼法这种方法存在成分与工艺“窗口”较窄；容易形成中间相，发生偏析，导致最终形成的合金膜不均匀冷喷涂法存在喷涂粉体的利用率较低(一般在40～60％左右)、只能制备旋转靶材，很难用于平面靶材的生产。颗粒冷压成型法熔炼温度较高(高于铜的熔点1084℃)会使低熔点的铟或者镓挥发严重，导致最终颗粒的合金成分与所设计的成分不匹配；采用氧化铟镓锌靶材磁控溅射的方法制备IGZO膜，靶材制备工艺复杂及溅射均匀性不好，进而影响膜层的质量。

此外，氧化铟镓锌IGZO是一种新型半导体材料，有着比非晶硅(α-Si)更高的电子迁移率。IGZO用在新一代高性能薄膜晶体管(TFT)中作为沟道材料，从而提高显示面板分辨率。高性能的薄膜晶体管不仅可以用在显示屏上，还可以取代传统的基于单晶硅的电子芯片。其制备工艺与磁控溅射CuInGa膜存在类似的问题。

发明内容

针对现有技术在制备合金靶材及磁控溅射合金膜中存在的问题，本发明首先提供一种液态金属靶材，包括靶材基底和覆于所述靶材基底表面的液态金属靶材层，所述液态金属为镓基合金或镓，所述靶材基底为铜或铁。

本发明将液态金属覆于铜或铁靶材基底的表面并以此为靶材制备合金膜，与传统CuGa或CuGaIn靶材相比，液态金属以液态的形式在靶材基底的表面均匀分布，制备过程中不会形成中间相，可保证最终溅射后所形成的合金膜的均匀性，保证最终颗粒的合金成分与所设计的成分相匹配。

优选的，所述液态金属靶材层的厚度为0.1～1.0mm。上述厚度可以实现液态金属层对于表面的均匀覆盖，并且保证液态金属粘附在靶材基体表面上。

优选的，所述镓基合金为镓铟合金。

进一步优选的，所述镓铟合金中镓的摩尔百分比为20～100％，更优选40～60％。

优选的，所述单质铟和单质镓中的杂质含量不超过0.01％

优选的，本发明所述的液态金属靶材，由如下方法制备得到：将液态金属和靶材基底置于酸性溶液中处理，使所述液态金属覆于所述靶材基底的表面。

优选的，所述酸性溶液的pH小于2，在温度20～100℃的条件下处理1～10min；

进一步优选的，所述酸性溶液的pH为0～1，在温度40-80℃的条件下处理1～5min。

本发明的另一目的是保护利用本发明所述液态金属靶材制备合金膜的方法，其主要改进点为，以本发明所述的液态金属靶材和铜或锌为原料，通过共溅射法制备合金膜。